EP3207400B1 - Verfahren zur geopositionierung von sich innerhalb einer geschlossenen struktur bewegenden mobilen einheiten - Google Patents

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Claims (11)

  1. Verfahren zur Positionierung einer Gruppe von untergeordneten Kommunikationseinheiten relativ zu einer koordinierenden Kommunikationseinheit (50), wobei die Gruppe von untergeordneten Kommunikationseinheiten mindestens eine erste untergeordnete Kommunikationseinheit (10), eine zweite untergeordnete Kommunikationseinheit (20), eine dritte untergeordnete Kommunikationseinheit (30) und eine vierte untergeordnete Kommunikationseinheit (40) umfasst, wobei die koordinierende Kommunikationseinheit und die untergeordneten Kommunikationseinheiten zueinander beweglich sind, wobei die koordinierende Kommunikationseinheit und die untergeordneten Kommunikationseinheiten jeweils einen UWB-Sender/Empfänger (11, 21, 31, 41, 51) und digitale drahtlose Kommunikationsmittel (12, 22, 32, 42, 52) umfassen, wobei jede untergeordnete Einheit (10, 20, 30, 40) eine innere Uhr (15, 25, 35, 45) umfasst, die mit der der koordinierenden Einheit (56) synchronisiert ist, um einen gemeinsamen Kommunikationszeitraum (60) zu definieren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    - während einer Vorbereitungsphase (100) Übertragung einer spezifischen Identifikationstabelle (19, 29, 39, 49, 59) durch die koordinierende Einheit (50) an jede untergeordnete Einheit (10, 20, 30, 40) über die digitalen drahtlosen Kommunikationsmittel (12, 22, 32, 42, 52), wobei die spezifische Identifikationstabelle (19, 29, 39, 49, 59) eine Kennung (ID10, ID20, ID30, ID40, ID50), eine UWB-Signatur (SIG10, SIG20, SIG30, SIG40, SIG50) und eine Übertragungsverzögerungsdauer (RE10, RE20, RE30, RE40) umfasst, und Übermittlung der Identifikationstabellen (19, 29, 39, 49, 59) jeder Einheit an die anderen untergeordneten Einheiten (10, 20, 30, 40) über die digitalen drahtlosen Kommunikationsmittel (12, 22, 32, 42, 52);
    und während einer Betriebsphase
    - Senden der jeweiligen UWB-Signatur (SIG10, SIG20, SIG30, SIG40, SIG50) durch jede Einheit (10, 20, 30, 40, 50), wobei dieses Senden nach dem Ablauf der Übertragungsverzögerungsdauer (RE10, RE20, RE30, RE40) erfolgt, gerechnet ab dem Beginn (T0) des Kommunikationszeitraums (60);
    - Analyse der durch die anderen Einheiten (10, 20, 30, 40, 50) gesendeten UWB-Signaturen (SIG10, SIG20, SIG30, SIG40, SIG50) mittels jeder Einheit (10, 20, 30, 40, 50) und Bestimmung der Abstände (D10-20, D10-30, D10-40, D10-50, D20-10, D20-30, D20-40, D20-50, D30-10, D30-20, D30-40, D30-50, D40-10, D40-20, D40-30, D40-50, D50-10, D50-20, D50-30, D50-40), die diese Einheit (10, 20, 30, 40, 50) von jeder der anderen Einheiten (10, 20, 30, 40, 50) trennen;
    - Übertragung der Abstände (D10-20, D10-30, D10-40, D10-50, D20-10, D20-30, D20-40, D20-50, D30-10, D30-20, D30-40, D30-50, D40-10, D40-20, D40-30, D40-50), die diese untergeordnete Einheit (10, 20, 30, 40) von jeder der anderen Einheiten (10, 20, 30, 40, 50) trennen, an die koordinierende Einheit (50) durch jede untergeordnete Einheit (10, 20, 30, 40), wobei diese Übertragung mit Hilfe digitaler drahtloser Kommunikationsmittel (12, 22, 32, 42, 52) erfolgt;
    - Bestimmung der relativen Positionen der untergeordneten Einheiten (10, 20, 30, 40) durch die koordinierende Einheit (50).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, da die koordinierende Einheit über Mittel für ihre Geolokalisierung in einem terrestrischen Bezugssystem verfügt, das Verfahren den zusätzlichen Schritt (122) des Bestimmens der relativen Positionen der untergeordneten Einheiten (10, 20, 30, 40) in Bezug auf ein terrestrisches Bezugssystem umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen vorherigen Schritt (101) der Bestimmung der relativen Position einer untergeordneten Einheit (10) in Bezug auf die koordinierende Einheit (50), bei dem die untergeordnete Einheit (10) an einem Referenzpunkt (82) positioniert ist, dessen relative Position in Bezug auf die koordinierende Einheit (50) bekannt ist.
  4. Verfahren zur Positionierung nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Bestimmung der relativen Positionen der untergeordneten Einheiten (10, 20, 30, 40) durch die koordinierende Einheit (50) einen Schritt der Optimierung einer Kostenfunktion (C 1, C 2) umfasst, die einem der folgenden Ausdrücke entspricht: C 1 x k y k z k = ∑ n ≠ k w n x k − x n 2 + y k − y n 2 + z k − z n 2 − d n 2
    Figure imgb0045
     oder C 2 x k y k z k = ∑ n ≠ k w n x k − x n 2 + y k − y n 2 + 3 z k − z n 2 − d n 2 2
    Figure imgb0046
     in dem:
    - xk, yk und zk die Koordinaten der Einheit k sind, deren Position in dem Bezugssystem (O, X, Y, Z), das mit der Einheit 50 verbunden ist, man zu bestimmen sucht;
    - dn der Abstand ist, der die Einheit k von der Einheit n trennt;
    - xn, yn und zn die Koordinaten der Einheit n sind, die durch den Abstand dn von der Einheit k getrennt ist;
    - wn ein Gewichtungskoeffizient ist, der mit der Messung der Leistung bei Empfang des aus dem Index-Knoten n stammenden Signals verbunden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen vorherigen Schritt der Bestimmung der relativen Position einer untergeordneten Einheit (10) in Bezug auf die koordinierende Einheit (50), bei dem die untergeordnete Einheit (10) ortsfest bleibt, wobei sich die koordinierende Einheit (50) um eine Zone bewegt, in der sich die untergeordnete Einheit (10) befindet, und die Position der untergeordneten Einheit durch Triangulation mittels UWB-Aussendungen bestimmt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Synchronisierung der inneren Uhren (15, 25, 35, 45) der untergeordneten Einheiten (10, 20, 30, 40) mit Hilfe periodischer Sendung eines Synchronisationssignals (61) durch die koordinierende Einheit (50) erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Senden des Synchronisationssignals (61) mittels drahtloser Kommunikationsmittel (51) erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem, da die koordinierende Einheit (50) mit einem GPS-Empfänger (53) versehen ist, die innere Uhr (56) der Haupteinheit (50) der des GPS-Empfängers (53) entspricht.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einheiten (10, 20, 30, 40, 50) Mittel zum Auswerten der Höhe umfassen, wobei das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Bestimmens der Höhen der untergeordneten Einheiten (10, 20, 30, 40) relativ zur koordinierenden Einheit (50) umfasst.
  10. System zur relativen Positionierung, umfassend eine koordinierende Kommunikationseinheit (50) einer Gruppe von untergeordneten Kommunikationseinheiten und mindestens eine erste untergeordnete Kommunikationseinheit (10), eine zweite untergeordnete Kommunikationseinheit (20), eine dritte untergeordnete Kommunikationseinheit (30) und eine vierte untergeordnete Kommunikationseinheit (40), wobei die koordinierende Kommunikationseinheit und die untergeordneten Kommunikationseinheiten zueinander beweglich sind, wobei die koordinierende Kommunikationseinheit und die untergeordneten Kommunikationseinheiten jeweils einen UWB-Sender/Empfänger (11, 21, 31, 41, 51) und drahtlose digitale Kommunikationsmittel (12, 22, 32, 42, 52) umfassen, wobei jede untergeordnete Einheit (10, 20, 30, 40) eine innere Uhr (15, 25, 35, 45) umfasst, die mit der der koordinierenden Einheit (56) synchronisiert ist, um einen gemeinsamen Kommunikationszeitraum (60) zu definieren, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ausgebildet ist, um das Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen.
  11. System zur Positionierung nach Anspruch 10, bei dem eine der Kommunikationseinheiten (10, 20, 30, 40, 50) einen GPS-Empfänger (13, 23, 33, 43, 53) umfasst.
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